SPICE模型的NMOS仿真

沈陽化工大學(xué) 信息工程學(xué)院 周月季 王 健

SPICE模型是由美國加州大學(xué)伯克利分校的電子研究實驗室于1975年開發(fā)出來的一種功能非常強(qiáng)大的通用模擬電路仿真器。利用SPICE模型，可以精確地在電路器件一級，仿真系統(tǒng)的工作特性、驗證系統(tǒng)的邏輯功能。

本文提出了一種NMOS器件仿真SPICE模型的方法，采用cadence17.4orcad軟件進(jìn)行波形仿真，得到更好的波形仿真圖。

1 建立NMOS模型

采用cadence 17.4orcad軟件進(jìn)行仿真，由于ORCAD軟件自帶庫中沒有背柵與源極分開的NMOS模型，需要自己建立。具體步驟如下：

（1）打開cadence 17.4orcad軟件的model editor（模型編輯器)界面，建立新的模型，出現(xiàn)新的模型圖形，這樣就建立好一個新的nmos.lib庫文件。

（2）修改模型參數(shù)：本軟件采用mos模型為三級，本模型采用第三級。打開model editor（模型編輯器)界面，找到（1)步驟建立的nmos.lib庫文件，根據(jù)需要進(jìn)行改變參數(shù)，將溝道長度L設(shè)置為2.0000E-6，溝道寬度W設(shè)置為4.0000E-6。

（3）建立nmos.olb圖形文件：點(diǎn)擊file—export to part library…—在彈出窗口中，點(diǎn)擊enter input model library選nmos.lib（正常為默認(rèn))—點(diǎn)擊OK。在彈出窗口中，報告信息無錯誤之后，再點(diǎn)擊OK?！蒼mos.olb文件。

（4）進(jìn)行修改圖形文件：將NMOS三端口器件變?yōu)镹MOS四端口器件。打開capture CIS17.4界面之后，再打開nmos.olb圖形文件，選擇option---part properity，在彈出窗口中選中PSPICE template…，點(diǎn)擊一下。在窗口下面空格中顯示出了PSPICE template M^@REFDES%d%g%s%s...修改為PSPICE templateM^@REFDES%d%g%s%b...。如圖1為三端口 NMOS模型圖，圖2為四端口NMOS模型圖。

圖1 NMOS三端口模型圖

圖2 NMOS四端口模型圖

（5）注冊：將nmos.lib庫文件和修改后的nmos.olb圖形文件內(nèi)容復(fù)制粘貼到軟件的library文件夾中。當(dāng)需要調(diào)用此模型時，軟件就能找到該模型。

（6）NMOS模型驗證：通過電路仿真驗證進(jìn)行NMOS模型的正確性。

2 NMOS模型仿真

通過cadence 17.4orcad軟件對模型進(jìn)行電路仿真分析。

2.1 建立電路圖

首先創(chuàng)建新的文件夾；其次是添加器件庫，由于第一次運(yùn)行是沒有庫的，可以用添加庫圖標(biāo)的方法在軟件安裝路徑下，全選將所有的器件并添加進(jìn)去；接著進(jìn)行放置器件，在圖形界面上移動鼠標(biāo)，在適當(dāng)位置點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，放下器件；然后放置并更改電源名稱，點(diǎn)擊place—part—在彈出窗口中選擇library選中pspice—source，在part中選VDC—點(diǎn)擊ok，重復(fù)上面操作，放置三個電源；并用鼠標(biāo)左鍵雙擊電源名稱，在彈出窗口中分別將三個電源改名為：VGS，VBS，VDS，用鼠標(biāo)左鍵雙擊電源數(shù)值，將VGS電源數(shù)值改為5V；接著進(jìn)行放置地線，點(diǎn)擊place—ground，在彈出的窗口中選中0/source，點(diǎn)擊ok，進(jìn)行地線的放置；最后進(jìn)行連線，點(diǎn)擊place—wire，移動鼠標(biāo)到需要連接器件的一個管腳點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，放置一端，然后移動鼠標(biāo)到另外需要連接的器件的端口，點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，將所有的器件連接在一起，完成連線?？偟碾娐穲D如圖3所示。

圖3 驗證電路圖

2.2 仿真設(shè)置

建立直流掃描，在電路圖中，將VDS的初始值設(shè)置為0，終值設(shè)置為5；VBS選擇VALUE LI為：0.1 0.3 0.5。其次，放置電流探針到NMOS的漏極（D)上。最后，進(jìn)行軟件仿真，仿真圖形結(jié)果如圖4所示，修改器件參數(shù)得到如圖5所示。

圖4 原四端口NMOS仿真電路圖

圖5 改進(jìn)的四端口NMOS仿真電路圖

結(jié)語：本文通過建立SPICE模型，得到NMOS器件隨這VBS的變化，輸出電流發(fā)生變化的曲線；并通過修改器件參數(shù)得到了更好的仿真效果。